Come funziona la fotocamera Debye Scherrers?

La fotocamera Debye-Scherrer è un pezzo di apparecchiatura utilizzata nella diffrazione dei raggi X per determinare la struttura cristallina dei materiali policristallini (materiali composti a molti piccoli cristalli orientati a caso). Si basa sulla diffrazione dei raggi X da parte dei piani del reticolo cristallino all'interno del campione. Ecco come funziona:

1. Fonte a raggi X: Un raggio di raggi X monocromatici (che significa radiografie di una singola lunghezza d'onda) viene generato e collimata (ristretto in un raggio fine) usando fessure. Ciò garantisce che un raggio ben definito colpisce il campione.

2. campione: Un campione finemente in polvere del materiale è montato al centro di una telecamera cilindrica. La polvere garantisce che un numero statisticamente significativo di cristalliti sia orientato in ogni possibile direzione rispetto al raggio di raggi X incidente. Fondamentalmente, questo orientamento casuale è necessario affinché la tecnica funzioni.

3. Diffrazione: Quando il raggio a raggi X colpisce il campione, i raggi X interagiscono con i piani reticolari cristallini dei singoli cristalliti. Secondo la legge di Bragg (nλ =2d sinθ), l'interferenza costruttiva (e quindi un raggio diffratto) si verifica solo quando l'angolo di incidenza (θ) soddisfa l'equazione, dove:

* n è un numero intero (l'ordine di diffrazione)

* λ è la lunghezza d'onda dei raggi X

* D è la spaziatura interplanaria (distanza tra piani reticolari in cristallo parallelo)

4. Coni di diffrazione: A causa dell'orientamento casuale dei cristalliti, la diffrazione si verifica non solo con un singolo angolo ma lungo i coni. Per ogni serie di aerei reticolari con una particolare spaziatura (D), viene prodotto un cono di raggi X diffratti. L'angolo semi-verticale del cono è 2θ.

5. Rilevamento del film: Una striscia cilindrica di pellicola fotografica è posizionata all'interno della fotocamera, concentrica con il campione. I raggi X diffratti intersecano il film, creando una serie di archi (o anelli Debye-Scherrer se il campione è perfettamente orientato in modo casuale). La posizione di questi archi sul film è direttamente correlata all'angolo 2θ.

6. Analisi dei dati: Dopo aver sviluppato il film, vengono misurate le posizioni degli archi di diffrazione. Usando il raggio della fotocamera (R) e le posizioni dell'arco (x), l'angolo di diffrazione 2θ può essere calcolato usando la semplice relazione geometrica:2θ =x/r. Questo angolo, insieme alla lunghezza d'onda nota dei raggi X (λ), viene utilizzato con la legge di Bragg per calcolare la spaziatura interplanaria (D) per ciascun arco di diffrazione. Queste informazioni vengono quindi utilizzate per determinare la struttura cristallina del materiale.

In sintesi, la telecamera Debye-Scherrer utilizza l'orientamento casuale dei cristalliti in un campione di polvere e la geometria di diffrazione per misurare le spaziature interplanari, che vengono quindi utilizzate per identificare la struttura cristallina. Le tecniche moderne utilizzano spesso rilevatori digitali anziché film, fornendo un'acquisizione di dati più rapida e accurata.